حین خشک‌شدن شلتوک با توجه به تغییرات دما و محتوای رطوبتی، نشاسته برنج خواص فیزیکی و حرارتی متفاوتی از خود نشان می‌دهد و می‌تواند از حالت لاستیکی به شیشه‌ای و برعکس تغییر یابد. این تغییرات تأثیر قابل توجهی بر ترک‌خوردگی و شکست دانه در مراحل بعدی تبدیل دارد. خشک‌کردن متناوب یک روش مؤثر برای غلبه بر این مشکل است. تعیین فراسنجه‌های عملیاتی روش خشک‌کردن متناوب شامل تعداد مراحل خشک‌کردن و استراحت‌دهی، دما و مدت هر مرحله از انجام عملیات خشک‌کردن یا استراحت‌دهی بسیار حائز اهمیت است. به علت تعدد سطوح این فراسنجه‌ها، تعیین مقادیرشان با روش‌های آزمایشگاهی بسیار زمان‌بر و پر‌هزینه است. با در نظر گرفتن مفهوم گذار شیشه‌ای و رفتار لایه‌ها، می‌توان فرآیند خشک‌کردن و استراحت‌دهی را به گونه‌ای کنترل و بهینه‌سازی کرد که در کمترین مدت و با کمترین مصرف انرژی فرآیند خشک‌شدن انجام شده و از افت کیفی محصول و ایجاد ترک‌های اولیه حین خشک‌شدن جلوگیری کرد. هدف از انجام این مطالعه تعیین مقادیر بهینه فراسنجه‌های عملیاتی روش خشک‌کردن متناوب با استفاده از رویکرد شبیه‌سازی و محاسبات عددی بود. به طوری که بتوان دینامیک رفتار لایه‌های مختلف را بررسی کرد. بدین منظور، یک مدل ریاضی برای شبیه‌سازی فرآیند خشک‌کردن متناوب برنج و پیش‌بینی مقادیر وابسته بر پایه روش المان محدود در نرم‌افزار COMSOL Multiphysics و با در نظر گرفتن مفهوم گذار شیشه‌ای توسعه داده شد. در این مدل از هندسه سه‌بعدی واقعی دانه برنج برای شبیه‌سازی استفاده شد. به منظور تعیین ضرایب مورد نیاز شبیه‌سازی و اعتبارسنجی مدل، آزمایش‌های خشک‌کردن پیوسته و متناوب در دماهای 40، 50، 60 و 70 درجه سلسیوس انجام شد. بین نتایج سینتیک میانگین محتوای رطوبتی حاصل از آزمایش‌های خشک‌کردن و مقادیر حاصل از شبیه‌سازی، ضریب همبستگی در حدود 99 درصد مشاهده شد. با توجه به پدیده گذار شیشه‌ای، یک تابع حالت کمی برای تعیین تغییرات حالت لایه‌های مختلف دانه برنج در هر زمان تعریف شد. همچنین توزیع مکانی و زمانی دما و محتوای رطوبتی درون دانه برنج شبیه‌سازی شد. در مرحله بعدی، یک الگوریتم بهینه‌سازی با هدف خشک‌کردن برنج در ناحیه لاستیکی، جلوگیری از گسترش گرادیان‌های محتوای رطوبتی و خشک‌کردن در کمترین مدت و با کمترین مصرف انرژی در نرم‌افزار Matlab طراحی و پیاده‌سازی شد. با جفت کردن این الگوریتم به مدل توسعه یافته، مقادیر بهینه تعداد مراحل، مدت خشک‌کردن و مدت استراحت‌دهی در هر مرحله از انجام فرآیند خشک‌کردن تعیین و محاسبه شد. به علاوه، مقادیر مصرف انرژی در هر شرایط خشک‌کردن، با توجه به مدت‌های تعیین شده مراحل خشک‌کردن تخمین زده شد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای خشک‌کردن، تعداد مراحل خشک‌کردن کاهش یافت. در دماهای 40 و 50 درجه سلسیوس، خشک‌کردن در مرحله سوم باعث قرارگیری لایه‌های سطحی و میانی در حالت شیشه‌ای شد که احتمال ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد. در حالی که خشک‌کردن در دماهای 60 و 70 درجه سلسیوس به طور کامل در ناحیه لاستیکی انجام شد. حداکثر گرادیان محتوای رطوبتی ایجادشده برابر با 3/11 درصد بر پایه خشک در دمای 70 درجه سلسیوس و حداقل این مقدار برابر با 9/6 درصد بر پایه خشک در دمای 40 درجه سلسیوس مشاهده شد. همچنین درصد مساحت ناحیه لاستیکی در پایان فرآیند خشک‌کردن در دماهای 40، 50، 60 و 70 درجه سلسیوس به ترتیب برابر با 0، 2/9، 3/66 و 85 درصد به دست آمد. در مجموع، نتایج حاصل از بهینه‌سازی نشان داد که خشک‌کردن به روش متناوب دومرحله‌ای در دمای 60 درجه سلسیوس (مرحله اول خشک‌کردن به مدت 43 دقیقه، مرحله اول استراحت‌دهی به مدت 167 دقیقه، مرحله دوم خشک‌کردن به مدت 8 دقیقه و مرحله دوم استراحت‌دهی به مدت 129 دقیقه)، بهترین عملکرد را از نظر تغییرات حالت، گرادیان‌های محتوای رطوبتی، مدت کل خشک‌کردن و مصرف انرژی به دنبال داشت.

واژه‌های کلیدی: استراحت‌دهی، الگوریتم کنترل‌گر، دیاگرام و تابع حالت، شبیه‌سازی عددی، گرادیان‌های محتوای رطوبتی و حرارتی.